Енергийно ефективна градската среда

Спестяването на разходи и намаляването на вредните емисии вървят ръка за ръка в глобалния стремеж за подобряване на енергийната ефективност на всичко, което човекът използва в своето ежедневие. Понятието се свързва с битови електроуреди и индустриално оборудване, жилища и сгради, превозни средства. Но може ли и градската тъкан като цяло да бъде енергийно ефективна?  Днес градските власти са изправени пред нуждата да управляват по-ефективно енергийните ресурси във все по-гъсто населените урбанизирани зони. Прогнозите са, че към 2050 година над две трети от световното население ще живее в градове. Този ръст дори и сега поставя все по-голям натиск върху градските инфраструктури: препълнени с коли пътища, недостиг на детски градини. Ако си представим термовизионна карта на света, то градовете стават все по-червени, горещи области. 

Текст: списание Инфрабилд

снимка: Бургас

Енергийната ефективност на градската инфраструктура е зависима до голяма степен от пространственото планиране на градското развитие. Групирането на жилищните и обществените сгради, вземайки под внимание и индустриалните обекти, е решаващо за ефективността на градските системи. Концентрирането на жилищни и обществени функции може да намали или увеличи натоварването на мрежите за топлофициране, електроразпределение. От друга страна пространственото планиране има потенциала да намали, до голяма степен, т. нар. ефект на топлинния остров – тенденция за повишаване на температурата на околната среда в градския пейзаж. 

Улично, обществено осветление и пътна сигнализация 

Осветлението на улиците и обществените пространства – площади, паркове, подлези и др. – е един от големите енергийни консуматори в града. Потреблението на електричество обаче може да се намали благодарение на съвременните технологии. Замяната на традиционното осветление със светодиодно само по себе си намалява разходите с до 80%.  Наред с това LED осветлението позволява гъвкавост и адаптивност. Това означава, че са приложими сензорни технологии за частично или пълно, временно или постоянно намаляване на интензитета на осветлението – т. нар. димиране. То може да осигури допълнителни спестявания на електроенергия. Така например в късните нощни часове много от улиците и площадите са пусти. Намаляването на интензивността на светлината няма да попречи на никого, но би намалило разхода на ток. 

Светодиодната технология може драстично да намали и потреблението на енергия на светлинните пътни знаци и информационни табели в града. В същото време са приложими и ВЕИ технологии за захранване на общественото осветление. Най-често използваният метод е вграждането на фотоволтаични панели за захранване на осветителните тела. Предвид ниската консумация на LED системите е напълно постижимо всяко осветително тяло да се захранва само от фотоволтаика, чрез вградена батерия, и да бъде напълно автономно. Така се материализира един от основните принципи на енергийната ефективност – генериране на електричеството на мястото на потреблението. На свой ред това спестява нуждата от изграждане на преносна инфраструктура – направление, което може да бъде доста ресурсоемко, особено когато става дума за силно разпръснати осветителни тела, например в паркове и градини. Соларното захранване става все по-търсен метод и за електрозахранване на системите за пътна сигнализация. Фотоволтаични панели могат да бъдат разположени върху навеси на спирки, обществени паркинги и гаражи, както и навеси на подлези и метростанции. Електроенергията от тях отново може да се употребява в близост до мястото на генерацията: за светлинни пътни знаци, означения, аварийно осветление. 

Общински сграден фонд

Като най-голям консуматор на топлинна и електрическа енергия в общинските бюджети се очертават общинските сгради: училища, болници, поликлиники, социални домове, читалища, библиотеки, галерии, театри, обредни домове и др. Подобряването на енергийната ефективност при тях най-често се асоциира с: топлоизолация за намаляване на топлинните загуби през зимния сезон и подмяна на вътрешните осветителни тела с такива, базирани на светодиоди.  Огромен, но слабо използван потенциал в подобни сгради са техните плоски покриви. Те могат да бъдат оборудвани с фотоволтаични, термални или хибридни панели. Термалните соларни панели, монтирани върху плоските покриви, могат да подгряват вода за непосредствените нужди в съответната сграда. Това е ценно за болници, санаториуми, социални домове, спортни центрове. Като пример за успешна инсталация от този вид може да се посочи УМБАЛ „Царица Йоанна – ИСУЛ“ в София. От есента на 2014 година на покрива на сградата работи соларна система, която се състои от 106 слънчеви колектора. Подгряваната вода се използва в ежедневната работа на болницата. При очаквана годишна икономия от 154000kWh топлинна енергия реалните добиви за първата година възлязоха на 160 375kWh.

Фотоволтаиката също е полезен начин за оползотворяване на големите плоски покриви. Пряко, чрез съхраняване на енергията в акумулаторни системи, или косвено, чрез продажба на добитото електричество, това може да подпомогне електрозахранването на училища, читалища, галерии и др.  Добър пример за подобно начинание е общинският плувен басейн в Созопол, чиято фотоволтаична инсталация се състои от 170 панела. Тя помага за намаляване на сметките за електроенергия, произвеждайки по около 64 киловатчаса годишно. Комбинирана е с енергийно ефективно вътрешно осветление – базирано на LED. Системата покрива 1/3 от общото потребление на електроенергия на плувния комплекс. 

Добра практика в повишаването на енергийната ефективност на общинските сгради би могло да е съчетаването на външната топлоизолация с вертикални соларни системи. Слънчевите панели служат като допълнителна защита за топлоизолационния слой. Същевременно те могат да произвеждат електроенергия от външните стени – площ, която в общия случай остава неоползотворена. Технологията на PV панелите от медно-индиево-галиев диселенид е изключително ефективна в улавянето на разсеяната слънчева светлина.  Зелените покриви и външните зелени стени са друг ценен елемент за повишаване на енергийната ефективност на общинските сгради. Сградно-интегрираната зеленина работи в две направления. 

От една страна зелените покриви и стени служат като дебела топлоизолация за конкретната сградата, на която са монтирани. Така осигуряват температурен комфорт вътре, намалявайки драстично нуждата от отопление и охлаждане.  От друга, зелените покриви и фасади намаляват ефекта на градския топлинен остров. Това е желано подобрение, особено в градове с голям дял на тъмните плоски повърхности (покриви, улици, площади, тротоари). С интегрирана външна зеленина сградата облагодетелства не само своите вътрешни обитатели, но и жителите на целия район. 

Специални сгради 

Специален случай, когато става дума за повишаването на енергийната ефективност, са сградите с ценно значение като обекти на историческото, културното и архитектурното наследство. Със своя специфичен облик те не могат просто да бъдат „гарнирани“ със соларни панели и семпло изглеждащи външни топлоизолации. Това не значи, че не може да бъде подобрена тяхната енергийна ефективност.  Доколкото почти всички специални сгради разчитат на външно и вътрешно осветление, прилагането на светодиодната технология е една от най-реалистичните и относително лесно постижими стъпки. Един образец за подобна промяна е Пражкият замък, където от 2013 година насам всички 10 хиляди лампи са заменени със светодиодни аналози. Резултатът е 77% спестяване на електроенергия за осветление. В конкретния случай са използвани пет различни вида LED осветителни тела.

Те се различават по вида светлина, който излъчват, а дори и по външната си форма – някои от тях имитират формата на свещ, за да запазят историческата атмосфера. В допълнение към това LED светлината почти не излъчва ултравиолетови и инфрачервени лъчи, което намалява вредите върху ценните експонати в двореца. Около 65% е спестяването на електроенергия в замъка Хауърд във Великобритания след преминаването към използване на термопомпи за отопление и LED лампи за осветление. Огромната сграда има 145 стаи. Тръбопроводите за термопомпите са са скрити в прилежащото езеро, захранвайки вътрешните радиатори, инсталирани редом до въглищните пещи от края 19-ти век. Още в първата година на използването на системата сметката от 40 000 лири за гориво е заменена от 14 000 лири разход за електричество. Историческият облик на замъка не е накърнен. 

Топлофикационна инфраструктура 

Практиката по света показва, че когато става дума за топлинна енергия, най-висока ефективност гарантира районната топлофикационна мрежа. Тя може да обхваща един или няколко квартала в големия град, или пък цяло малко градче. Именно от тази гледна точка пространственото планиране е особено важно. Съвременните технологии позволяват топлинната енергия в топлофикацините мрежи да се генерира по начин, който е не само екологичен, но изключително ефективен. Добре познат и често прилаган метод е когенерацията. Наред с това един от все по-популярните в Европа източници са термалните слънчеви колектори, монтирани върху плоските покриви на сградите – жилищни, търговски, общински – и интегрирането им в цялостна топлофикационна мрежа. Така се спазва и принципът мястото на генерация и на потребление да са възможно най-близо. 

Доброто пространствено планиране обхваща не само навременното изграждане на необходимата подземна тръбопроводна инфраструктура, но и създаване на т. нар. топлинен буфер – резервоар за съхранение на топлинната енергия, най-често чрез флуид, който се подгрява през топлия сезон, а отдава топлината през студения сезон. До момента практиката показва, че този буфер е най-добре да бъде разположен под земята. Върху него може да се изгради детска площадка, игрище, градина. Практически буферът остава невидим за жителите.  На настоящия етап от развитието на технологиите подобни системи задължително се резервират. В повечето случаи предпочитаният резервен източник е когенератор, който може да работи с екологичен тип гориво – например земеделски отпадъци. 

Важен аспект в повишаването на енергийната ефективност на сградите, захранвани от централизирани топлофикационни мрежи, е прилагането на нискотемпературно отопление. Носителят на топлината се подгрява не до обичайните около 80-95 градуса, а до около 60 градуса, и вместо „радиатори“ в помещенията се използват тръбни подови системи (у нас познати като „серпентини“). Емблематичен пример за подобна мрежа е новият квартал „Розенщайн“ в Щутгарт, където всички 500 жилища са разпределени в ниски жилищни сгради с по 5 етажа. Термални соларни колектори върху покривите през цялото лято подгряват вода, която се съхранява в подземен басейн с капацитет 800 хиляди литра.

С помощта на термопомпа топлината от водата се „взема“, за да се прати до подови серпентини в домовете. Обемът на басейна е предвиден да може да отоплява комплекса през по-голямата част от зимата без нужда от допълнително подгряване. Над него, на повърхността на земята, има тревна площ с детска площадка. Важно е да се отбележи, че в регионалната топлофикационна мрежа могат и е желателно да бъдат интегрирани и близкоразположени индустриални обекти, в чиято дейност като отпадъчен продукт се генерира топлина, например малки производствени цехове.  Най-новото поколените топлофикационни системи съчетават ефективните източници на топлина с екологични източници на необходимата електроенергия. Захранването на циркулационните помпи, а също и термопомпите, когато е приложена подобна система, може да се осигурява от фотоволтаични модули, интегрирани във фасадата на топлоцентралата. 

Влияние върху жилищния фонд 

За повишаването на енергийната ефективност на града най-голямо предизвикателство остава ефективността на жилищните сгради. За целта са приложими всички технологии и похвати, изброени дотук: централизирано отопление, соларни покриви, зелени покриви и вертикални градини.  Силно средство за въздействие са общинските социални жилища. Чрез налагането на високи критерии за тяхната енергийна ефективност градските власти имат „лост“ за въздействие върху цялостния жилищен пазар. Това е и икономически инструмент: високоефективните социални жилища могат да влияят на пазарните цени на домовете. 

Спомагателни технологии

В помощ на реализацията на целите за енергийна ефективност могат да бъдат впрегнати още някои технологии.  Енергийното обследване на сградите е стъпка към подобряване на ЕЕ при вече съществуващия сграден фонд. През последните години процесът е значително облекчен от термовизионните технологии, които правят възможно лесното намиране на енергийните „течове“ – места в сградите, откъдето се губи най-много топлина. Особено ценно е, че технологията се разви до степен, при която е приложима и чрез смартфон. Данните от обследванията информират всички следващи мерки за повишаване на енергийната ефективност. 

Въпросните данни, както и тези за вече извършените подобрения и постигнатите нива на енергийна ефективност, могат да бъдат натрупани, съхранени и анализирани благодарение на геопространствените системи (ГИС). Това има отношение към пространственото планиране на бъдещите ходове за повишаване на енергийната ефективност.  Пак геопространствените системи са и мощно средство за анализ на потенциала за внедряване на възобновяеми енергийни източници. Чрез дигитални карти могат да се изследват възможностите за генериране, например, на слънчева енергия в градската среда, включително с приблизителни оценки на потенциалните добиви.